(57)【要約】【課題】  正確な照度計算が可能で適正にバックライトの光量を制御することが可能な表示装置を提供する。【解決手段】  アレイ基板２と対向基板３とを備え、これらの間に液晶層４が挟持され表示領域Ａが形成されてなる表示装置（例えば液晶表示装置１）である。アレイ基板２上に、外光照度を計測する第１の光センサ（外光照度計測用光センサ１２）と、バックグラウンド電流を計測する第２の光センサ（バックグラウンド電流計測用光センサ１３）が設置されている。これら外光照度計測用光センサ１２やバックグラウンド電流計測用光センサ１３は、アレイ基板２上に一体形成されている。さらに、バックライト光の照度を計測する第３の光センサ（バックライト照度計測用光センサ４１）が設置されていてもよい。【選択図】  図１
2007114315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動回路が形成されたアレイ基板を備え、所定の表示領域を有する表示装置において、
前記アレイ基板上に、外光照度を計測する第１の光センサと、バックグラウンド電流を計測する第２の光センサが設置されていることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記第１の光センサ及び第２の光センサは、前記アレイ基板上に一体形成されていることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記第１の光センサ及び第２の光センサは、前記アレイ基板上に形成される薄膜トランジスタと同時に形成されていることを特徴とする請求項２記載の表示装置。
【請求項４】
前記第１の光センサの出力及び第２の光センサの出力より外光照度補正値が算出されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の表示装置。
【請求項５】
格納される外光照度データテーブルに基づいて、前記外光照度補正値が外光照度に換算されることを特徴とする請求項４記載の表示装置。
【請求項６】
前記アレイ基板と対向する対向基板を備え、これら基板間に液晶層が挟持され表示領域が形成されてなる液晶表示装置であり、
バックライトを備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の表示装置。
【請求項７】
バックライト光の照度を計測する第３の光センサが設置されていることを特徴とする請求項６項記載の表示装置。
【請求項８】
前記バックライト光の照度を計測する第３の光センサの受光面積は、前記外光照度を計測する第１の光センサの受光面積よりも小であることを特徴とする請求項７記載の表示装置。
【請求項９】
前記第１の光センサ下のアレイ基板には、バックライト光を遮光する遮光層が形成されていることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項記載の表示装置。
【請求項１０】
前記第３の光センサの出力及び第２の光センサの出力によりバックライト光照度補正値が算出され、当該バックライト光照度補正値を基準として前記外光照度補正値が外光照度に換算されることを特徴とする請求項７から９のいずれか１項記載の表示装置。
【請求項１１】
前記対向基板には、前記第１の光センサに対向して青または緑のカラーフィルターが形成されていることを特徴とする請求項６から１０のいずれか１項記載の表示装置。
【請求項１２】
前記青または緑のカラーフィルターは、前記表示領域のカラーフィルターと同時形成されたものであることを特徴とする請求項１１記載の表示装置。
【請求項１３】
換算された外光照度に基づいて前記表示領域の輝度調整が行われることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項記載の表示装置。
【請求項１４】
駆動回路が形成されたアレイ基板を備え、所定の表示領域を有する表示装置において、
前記アレイ基板上に、外光照度を計測するための感度が異なる複数の光センサが設置されていることを特徴とする表示装置。
【請求項１５】
前記複数の光センサのデータはシリアルに出力されることを特徴とする請求項１４記載の表示装置。
【請求項１６】
前記アレイ基板は外部からスタートパルスを受け、それを基準に前記複数の光センサのデータをシリアルに出力することを特徴とする請求項１５記載の表示装置。
【請求項１７】
前記アレイ基板は電源投入時から起算するカウンタを有し、カウンタの状態に基づいて前記複数の種類のセンサのいずれを出力するかを決めるように構成されることを特徴とする請求項１５記載の表示装置。
【請求項１８】
前記複数の光センサの複数の出力について、前記アレイ基板上で演算処理を行い、その演算結果を出力することを特徴とする請求項１４から１７のいずれか１項記載の表示装置。
【請求項１９】
前記複数の光センサはカラーフィルタを有することを特徴とする請求項１４から１８のいずれか１項記載の表示装置。
【請求項２０】
前記カラーフィルタは、赤、緑、青のカラーフィルターが所定の割合で含まれていることを特徴とする請求項１９記載の表示装置。
【請求項２１】
外部での照度の演算の際に、各光センサの出力はカラーフィルタの色に基づく重み付けをされることを特徴とする請求項１９または２０記載の表示装置。
【請求項２２】
前記アレイ基板と対向する対向基板を備え、これら基板間に液晶層が挟持され表示領域が形成されてなる液晶表示装置であり、
バックライトを備えていることを特徴とする請求項１４から２１のいずれか１項記載の表示装置。
【請求項２３】
演算された外光照度に基づいて前記表示領域の輝度調整が行われることを特徴とする請求項１４から２２のいずれか１項記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液晶表示装置等の表示装置に関するものであり、特に、外光照度をモニタする光センサを設置した表示装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータやワードプロセッサ等の情報機器の表示装置、テレビ、ビデオムービー、カーナビゲーションシステム等の映像機器の表示装置として、軽量、薄型、低消費電力という特長を持つ液晶表示装置が多用されている。このような液晶表示装置においては、明るい表示画面を実現するために、表示素子の背後から照明光を照射するバックライトを内蔵した構成をとるものが多い。
【０００３】
ところで、液晶表示装置の長所の一つは、その低消費電力性にあるが、一般に液晶パネルよりもバックライトの消費電力の方が大きい。一方、通常、液晶表示装置において、十分な視認性を得るためには、表示輝度をできるだけ高くする必要があり、これに対応してバックライトを明るく設定すると、前記低消費電力性を損なう要因となる。
【０００４】
そこで、環境照度（外光照度）に応じてバックライトの明るさを調節し、消費電力をできる限り抑えることが検討されている。例えば、夜間のように環境照度が低い場合と、晴天時の日中の屋外のように環境照度が高い場合とでは、十分な視認性を得るのに必要な輝度が異なり、これに応じて必要最小限にバックライトの照度を調節することにより、消費電力を抑えることができるものと考えられる。
【０００５】
これを実現するために、薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置において、光センサ（フォトセンサ）を基板の表示領域外に設置し、その出力を利用してバックライトの明るさを調光する提案がなされている（例えば、特許文献１や特許文献２等を参照）。
【０００６】
特許文献１には、液晶表示板と、この液晶表示板の裏面側より光を照射するバックライトと、このバックライトの光量を調節するコントローラと、前記液晶表示板と並べて配置される光検知器とを備え、この光検知器により周囲の明るさを検知し、前記コントローラを調節し、前記バックライトの光量を調節することを特徴とする液晶表示装置が開示されている。
【０００７】
特許文献２には、バックライトを持つ液晶表示装置のバックライト駆動回路に輝度調光電圧を供給するためのバックライト調光回路であって、液晶表示パネルの表面側の周囲の明るさを検出して外光照度信号を出力するための複数の光センサと、これらの光センサから出力される外光照度信号の全て又は一部の平均値を算出する平均値算出手段と、該平均値算出手段によって算出された前記外光照度の平均値と、手動にて設定された調光設定量とに基づいて、前記バックライト駆動回路の輝度調整を行う輝度調整手段を備えてなることを特徴とする液晶表示装置のバックライト調光回路が開示されている。
【特許文献１】特開平４−１７４８１９号公報
【特許文献２】特開平９−１４６０７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述の各特許文献記載の発明によれば、外光照度に応じて表示輝度を調節することができ、例えば携帯電話やＰＤＡ等において、消費電力を抑えることが可能である。しかしながら、前述の従来技術では、液晶表示パネルとは別個のディスクリートな調光センサを設置するという構成が採られており、液晶表示装置の小型化や薄型の妨げになっている。携帯電話やＰＤＡ等においては、小型化や薄型化に対する要求が厳しく、前記小型化や薄型化の妨げは大きな問題である。
【０００９】
この問題を解消するためには、例えば低温ポリシリコン技術を用いて光センサを液晶表示パネルの一方の基板（例えばアレイ基板）に一体形成することが考えられるが、低温ポリシリコン技術を用いてアレイ基板に一体形成された光センサは、熱電流等の影響により特性がばらついて正確な照度計算が難しいという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、小型化や薄型化に対応可能で、しかも正確な照度計算が可能で適正に輝度（例えばバックライトの光量）を制御することが可能な表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述の目的を達成するために、本発明に係る表示装置は、駆動回路が形成されたアレイ基板を備え、所定の表示領域を有する表示装置において、前記アレイ基板上に、外光照度を計測する第１の光センサと、バックグラウンド電流を計測する第２の光センサが設置されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の表示装置では、第１の光センサによって外光照度を計測する。この場合、例えば第１の光センサを低温ポリシリコン技術等によりアレイ基板に一体に形成すれば小型化や薄型化の点で有利であるが、低温ポリシリコン技術等により一体形成された光センサは、熱電流等、様々なバックグラウンド電流の影響を受け易く、正確な計測が難しくなるおそれがある。
【００１３】
そこで、本発明では、前記第１の光センサの他に、外光等から遮光して第２の光センサを設置し、これにより第１の光センサの計測値を補正することとする。遮光された第２の光センサで計測されるのは、熱電流等、いわゆるバックグラウンド電流である。この第２の光センサの出力を第１の光センサの出力から差し引けば、外光による出力のみが取り出され、外光照度が正確に計測される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、小型化や薄型化が可能で、正確な照度計算が可能な表示装置を提供することが可能である。したがって、例えばバックライトを適正に調節する等により輝度を適正に制御することが可能となり、あらゆる環境で視認性に優れ、しかも低消費電力な表示装置を実現することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を適用した表示装置（ここでは液晶表示装置）について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１は、液晶表示装置の一例を示すものである。液晶表示装置１においては、一対の光透過性絶縁基板で液晶セルを構成し、その間隙に液晶材料を封入して液晶層が形成されている。具体的には、アレイ基板２と対向基板３との間に液晶層４が封入されている。
【００１７】
アレイ基板２は、例えばガラス等からなる光透過性絶縁基板を支持基板とし、この光透過性絶縁基板上に、互いにほぼ平行且つ等間隔に配列される走査線や、これら走査線とほぼ直交して配列された信号線、走査線と信号線との間に介在されこれらを電気的に絶縁する層間絶縁膜（透明絶縁膜）、走査線と信号線との交点近傍に配置されたスイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor)等が形成されている。
【００１８】
また、アレイ基板２においては、前記層間絶縁膜に形成されたスルーホールを介して前記スイッチング素子に電気的に接続された画素電極がマトリクス状に配列形成されている。なお、アレイ基板２の光透過性絶縁基板と画素電極との間には、前述の通り信号線や走査線、薄膜トランジスタ等のスイッチング素子、層間絶縁膜等が配置されているが、図１においては、これらの図示は省略する。さらに、アレイ基板２の画素電極が設けられた面のほぼ全体に配向膜が設けられるが、これについても、ここでは図示は省略する。
【００１９】
一方、前記対向基板３も例えばガラス等からなる光透過性絶縁基板を支持基板とするものであり、その液晶層４側の面には、各画素に対応してカラーフィルタ層５が形成されるとともに、その表面を覆ってＩＴＯ等の透明導電材料からなる透明対向電極６が全面に形成されている。カラーフィルタ層は、顔料や染料によって各色に着色された樹脂層であり、例えばＲ，Ｇ，Ｂの各色のフィルタ層が組み合わされて構成されている。また、図示は省略するが、各カラーフィルタ層の画素境界部分には、コントラスト向上等を目的として、いわゆるブラックマトリクス層が形成されている。
【００２０】
以上の構成を有する液晶表示装置１では、前記アレイ基板２及び対向基板３の外側に偏光板７，８がぞれぞれ設けられ、背面側に配されたバックライト９を光源として、画像表示が行われる。
【００２１】
図２は、前記液晶表示装置１の模式的な平面図であり、画像表示が行われるアクティブエリアである表示領域Ａの外側には、ブラックマトリクスＢＭが枠状に形成され、バックライト９の光が漏れないように構成されている。そして、このブラックマトリクＢＭが形成された領域の外側には、外部ＬＳＩ１０がチップ・オン・グラス（ＣＯＧ）によりアレイ基板２上に実装されている。
【００２２】
以上が液晶表示装置１の基本的な構成であるが、本実施形態の液晶表示装置１においては、前記表示領域Ａの外側のブラックマトリクスＢＭに開口部１１が設けられ、ここに臨んでアレイ基板２上に外光照度計測用光センサ（第１の光センサ）１２が設置されている。さらに、ブラックマトリクスＢＭの下には、バックグラウンド電流計測用光センサ（第２の光センサ）１３が、遮光された状態でアレイ基板２上に設置されている。
【００２３】
図３（ａ）は、前記外光照度計測用光センサ１２の設置状態を示し、図３（ｂ）は、前記バックグラウンド電流計測用光センサ１３の設置状態を示す。外光照度計測用光センサ１２は、前記の通り、対向基板３のブラックマトリクスＢＭの無い部分（開口部１１）に対向して設けられており、外光は、前記開口部１１から液晶表示装置１内に進入し、外光照度計測用光センサ１２に入射される。外光照度計測用光センサ１２の下には、遮光層１４が設けられ、バックライト９の光が外光照度計測用光センサ１２に直接当たらないようになっている。
【００２４】
一方、前記バックグラウンド電流計測用光センサ１３は、対向基板３に設けられたブラックマトリクスＢＭによって外光の入射が遮断されるとともに、バックバックグラウンド電流計測用光センサ１３の下に遮光層１５が設けられ、バックライト９の光がバックグラウンド電流計測用光センサ１３にも当たらないようになっている。すなわち、外光やバックライト９の光は、ガラスや偏光板の界面を多重反射して多少伝播するものの、バックグラウンド電流計測用光センサ１３にはほとんど入射せず、したがってバックグラウンド電流計測用光センサ１３には熱電流等のバックグラウンド電流が流れることになる。
【００２５】
前記外光照度計測用光センサ１２やバックグラウンド電流計測用光センサ１３は、いずれもアレイ基板２に一体形成されるものであり、例えばアレイ基板２上の薄膜トランジスタと同様、例えば低温ポリシリコン技術を用い、これら薄膜トランジスタと同時に形成されている。
【００２６】
図４は、アレイ基板２に形成される薄膜トランジスタ及び光センサの構成例を示すものであり、図４（ａ）はｎ−チャンネル薄膜トランジスタの構成、図４（ｂ）はｐ−チャンネル薄膜トランジスタの構成、図４（ｃ）は光センサとして用いられるＰＩＮダイオードの構成を示す。
【００２７】
薄膜トランジスタ（ｎ−チャンネル薄膜トランジスタ及びｐ−チャンネル薄膜トランジスタ）は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、基板２１上にアンダーコート層２２を介して多結晶半導体層（ポリシリコン層）２３Ａ，２３Ｂを形成し、当該多結晶半導体層２３Ａ，２３Ｂをチャンネル層として利用してなるものである。
【００２８】
基板２１上には、前記の通りアンダーコート層２２が形成されるが、これは基板２１の表面の傷や穴等を塞いで平坦化すること、基板２１に含まれる不純物の多結晶半導体層２３Ａ，２３Ｂへの拡散を防止すること等を目的に形成されている。このアンダーコート層２２は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等を成膜することにより形成されるが、例えば、熱処理により流動化する流動化樹脂からなる平坦化層と、不純物の拡散を防止する被覆層とからなる積層構造とすることも可能である。あるいは、前記基板２１が平坦化に優れ、含まれる不純物も少ない場合には、前記アンダーコート層２２を省略することも可能である。
【００２９】
前記アンダーコート層２２上に形成される多結晶半導体層２３Ａ，２３Ｂは、例えばプラズマＣＶＤ法により成膜された非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）をアニールした後、レーザ照射等によって多結晶化することにより形成されるものである。この多結晶半導体層２３Ａ，２３Ｂは、エッチングにより島状に素子分離され、マトリクス状に配列されている。
【００３０】
前記多結晶半導体層２３Ａはｎチャンネル型薄膜トランジスタに対応するものであり、多結晶半導体層２３Ｂはｐチャンネル型薄膜トランジスタに対応するものである。したがって、各多結晶半導体層２３Ａ，２３Ｂには、不純物注入によりソース領域２３Ａａ，２３Ｂａ及びドレイン領域２３Ａｂ，２３Ｂｂが形成されており、さらにｎチャンネル型薄膜トランジスタにおいては、ＬＤＤ領域（低濃度不純物拡散領域）２３Ａｃ、２３Ａｄが形成されている。
【００３１】
また、いずれの薄膜トランジスタにおいても、前記多結晶半導体層２３Ａ，２３Ｂ上に第１絶縁層２４や第２絶縁層２５を介して第１メタル（ゲート電極）２６や第２メタル２７が形成されている。
【００３２】
一方、ＰＩＮダイオードでは、図４（ｃ）に示すように、基板２１上に遮光パターン３１が金属材料（例えばＭｏ−Ｗ合金）を用いて形成されている。遮光パターン３１は、図示しないスルーホールにより図示しない電源線と接続され、少なくともセンサ部において特定電位（例えばＧＮＤレベル）に設定される。また、ＰＩＮダイオードにおいても、基板２１上に形成される素子（ＰＩＮダイオード）に前記遮光パターン３１や基板２１からの不純物の拡散を防ぐため、先の薄膜トランジスタと同様、ＳｉＮｘやＳｉＯｘ等からなるアンダーコート層２２を備える。
【００３３】
なお、前記各薄膜トランジスタの下には遮光パターン３１は設けなくてもよく、これら薄膜トランジスタに遮光パターン３１を設けない場合には開口率が向上する等の利点がある。また、薄膜トランジスタの下に遮光パターン３１を設ける場合には、薄膜トランジスタのオフリーク電流を低減させることができ、コントラスト比が改善される等、画質が向上する利点がある。
【００３４】
前記アンダーコート層２２上には、前記薄膜トランジスタと同様、多結晶半導体層２３Ｃが前記多結晶半導体層２３Ａ，２３Ｂと同時に形成され、ｐ＋領域２３Ｃａ、ｐ−領域２３Ｃｂ、ｎ−領域２３Ｃｃ、ｎ＋領域２３Ｃｄが形成されている。このように、ｐ＋／ｐ−／ｎ−／ｎ＋が横方向に形成されることによりダイオードが構成され、ｐ＋側をＧＮＤ（０Ｖ）、ｎ＋側を５Ｖとしたときに照射光強度に応じた光電流が当該ダイオードの両端に流れる。
【００３５】
なお、前記ＰＩＮダイオードにおいては、ｎ−領域２３Ｃｃを除いた構成にしてもよい。また、図４（ｃ）に示すように横方向に各領域を形成しＰＩＮダイオードを形成するのではなく、これら領域を縦方向に積層することによりＰＩＮダイオードを構成するようにしても良い。ＰＩＮダイオードにおいても、前記多結晶半導体層２３Ｃ上に第１絶縁層２４や第２絶縁層２５を介して第１メタル２６や第２メタル２７が形成されていることは、前記薄膜トランジスタの場合と同様である。
【００３６】
以上が本実施形態の液晶表示装置１の基本構造であるが、例えば前記外光照度計測用光センサ（第１の光センサ）１２及びバックグラウンド電流計測用光センサ（第２の光センサ）１３に加えて、第３の光センサ、第４の光センサをアレイ基板２に設置することも可能である。
【００３７】
図５は、第３のセンサや第４のセンサの具体例を示すものである。第３の光センサとしては、例えば図５（ａ）に示すような、バックライト照度計測用光センサ４１を挙げることができる。バックライト照度計測用光センサ４１は、バックライト９の照度をモニタするために設けられるもので、図５（ａ）に示すように、バックライト照度計測用光センサ４１の下の遮光層１４には、バックライト９の光を取り込むための開口部１４ａが設けられている。なお、前記開口部１４ａを形成する代わりに、前記遮光層１４を省略することも可能である。対向基板３側のブラックマトリクスＢＭには、開口部は設けられておらず、したがってバックライト照度計測用光センサ４１に外光が直接照射されることはない。なお、前記バックライト照度計測用光センサ４１には、近傍に配置したバックライト９から直接光が入射し、当該入射光強度は外光に比べて高いことから、バックライト照度計測用光センサ４１の受光面積は、先の外光照度計測用光センサ１２よりも小さく、例えば１／Ｐ（Ｐ＞１）とすることが好ましい。
【００３８】
図５（ｂ）は、第４の光センサの構成例である。第４の光センサとしては、例えば全ての光（外光及びバックライト９の光）を計測する全照度計測センサ４２を挙げることができる。この全照度計測センサ４２では、対向基板３側のブラックマトリクスＢＭに開口部１１を形成して外光を取り込み可能とするとともに、全照度計測用光センサ４２の下の遮光層１４にバックライト９の光を取り込むための開口部１４ａが設けられている。なお、この場合にも、前記開口部１４ａを形成する代わりに、前記遮光層１４を省略することも可能である。
【００３９】
前記バックライト照度計測用光センサ４１や全照度計測センサ４２を設けることにより、これらの出力を基準として、外光照度計測用光センサ１２に基づいて外光照度を換算したり、バックライト９の照度変動を把握してバックライト９の光量調節に利用することが可能である。
【００４０】
次に、前記構成を有する液晶表示装置１における外光照度の計測法について説明する。図６は、センサ回路の回路ブロックである。前述の通り、アレイ基板２上には例えば低温ポリシリコン技術を用いて表示のための画素ＴＦＴやゲート線駆動回路、信号線駆動回路等の他、前記各光センサ５１、増幅器（ＡＭＰ）５２及びＡ／Ｄ変換回路５３が一体形成される。そして、外部ＬＳＩ１０に照度計算回路や前記センサ回路と接続される制御信号発生回路５４が設けられている。
【００４１】
図７は、アレイ基板２上に形成された光センサ回路の回路図である。光センサ回路は、フォトダイオード（前記各光センサ）５５とキャパシタ素子５６を備える。所定のタイミングでキャパシタ素子５６に所定の電圧Ｖｐｒｃがプリチャージされ、外光照度に応じた光電流がフォトダイオード５５に流れる。
【００４２】
図８は、前記キャパシタ素子５６の電圧が時間的に変化する様子を示している。例えば外光が外光照度計測用光センサ１２に照射されると、フォトダイオード５５（外光照度計測用光センサ１２）に電流が流れるため、徐々に初期のプリチャージ電圧ＶｐｒｃからＧＮＤ電圧に向かって低下してゆく。これを所定のタイミングでアレイ基板２上に形成されたＡ／Ｄ変換回路５３でデジタル信号に変換する。そして所定のタイミングで外部ＬＳＩ１０に出力する。図８における傾きの絶対値が大きければ外光照度が強く、傾きの絶対値が小さければ外光照度が弱いと考えることができる。
【００４３】
ここで、Ａ／Ｄ変換回路５３としては、特に限定されないが、例えば外部ＩＣから基準電圧Ｖｔｐを段階的に与え、これとセンサの出力電圧を比較するものを用いることができる。Ａ／Ｄ変換回路５３の例を図９に示す。
【００４４】
前記Ａ／Ｄ変換回路５３は、３つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３と、キャパシタ素子６１、インバータ６２とから構成されている。そして、図９（ａ）に示すように、ＳＷ１＝Ｈ，ＳＷ２＝Ｌとしたときに、ノードｎ１にセンサ出力電圧Ｖｓが、ノードｎ２にインバータの動作閾値が充電される。一方、図９（ｂ）に示すように、ＳＷ１＝Ｌ，ＳＷ２＝Ｈとしたときには、センサの出力電圧ＶｓとＶｔｐの比較動作がなされ、ＶｓがＶｔｐより大きいか否かにより異なるＶｏｕｔ論理出力が得られる。センサ出力をサンプリングする毎に、Ｖｔｐを段階的に変化させることによりＶｓの値を求めることができる。このとき、Ｖｔｐの刻みが細かいほど精度が高まる。
【００４５】
前記により外光照度計測用光センサ１２の出力に基づいて、外光照度を算出するが、それだけでは正確な計測は難しい。これは、アレイ基板２に外光照度計測用光センサ１２を一体に形成した場合、熱電流等、様々なバックグラウンド電流の影響を受け易いことによる。そこで、本実施形態の液晶表示装置１では、前記外光照度計測用光センサ１２の他にバックグラウンド電流計測用光センサ１３を設け、その出力を利用して前記外光照度計測用光センサ１２におけるバックグラウンド電流を相殺することにより除去し、その影響を排除する。
【００４６】
図１０は、各センサの特性の時間変化を示したものである。図１０において、出力（Ａ）は外光照度計測用光センサ１２の出力を、出力（Ｂ）はバックライト照度計測用光センサ４１の出力を、出力（Ｃ）はバックグラウンド電流計測用光センサ１３の出力を、出力（Ｄ）は全照度計測用光センサ４２の出力をそれぞれ示す。ここで、出力（Ｄ）はバックライト光（ＢＬ光）成分と外光成分と熱電流等の成分を含む。出力（Ｂ）はＢＬ光成分＋熱電流等の成分を含む。主力（Ａ）は外光成分＋熱電流等の成分を含む。出力（Ｃ）は熱電流等のバックグラウンド電流成分のみを含む。
【００４７】
出力（Ｄ）として示すように、全照度計測用光センサ４２は、外光とバックライト光の双方を受けるため光電流が非常に大きく傾きも大きくなる。また、出力（Ｂ）に示すように、バックライト照度計測用光センサ４１は、バックライト光Ｌｂｌ（例えば５０００ｌｘ）が偏光板７で減殺されたＬｂｌ×α（例えばα＝０．４５）を受ける。バックライト照度計測用光センサ４１では、受光面積を例えば外光照度計測用光センサ１２の１／Ｐとしているが、光量が大きいため比較的傾きが大きくなる。出力（Ａ）は、外光照度計測用光センサ１２の出力を示すものであるが、外光の照度により傾きが変化する。ただし、外光照度計測用光センサ１２への入射光は、フロント側の偏光板８等で減殺されたＬｏｕｔ×α’×βとなる（α’は、通常、αと等しい。βは例えば０．９５）。出力（Ｃ）は、熱電流等のバックグラウンド電流による変化なので、それほど大きな傾きにはならない。
【００４８】
図１１は、これらの傾きから外光照度を求める方法を説明するための図である。外光照度を算出するには、先ず、出力（Ａ）から出力（Ｃ）を差し引いた傾きＫａ（外光照度補正値に相当する。）を求める。また、出力（Ｂ）から出力（Ｃ）を差し引いた傾きＫｂ（バックライト照度補正値に相当する。）を求める。なお、バックライト照度計測用光センサ４１の受光面積を外光照度計測用光センサ１２の受光面積の１／Ｐとした場合には、出力（Ｂ）から出力（Ｃ）の１／Ｐを差し引き、傾きＫｂ×Ｐを求める。いずれも熱電流分を除いて光の強度に比例する部分のみを取り出す趣旨である。
【００４９】
これらから、外光照度Ｌｏｕｔ（ルクス）は、下記式（１）または式（２）により算出する。
Ｌｏｕｔ＝Ｌｂｌ（ルクス）×Ｋａ／Ｋｂ／β  ・・・（１）
Ｌｏｕｔ＝Ｌｂｌ（ルクス）×Ｋａ／（Ｋｂ×Ｐ）／β  ・・・（２）
ただし、前記式（１），（２）においては、偏光板７，８の光透過率は、アレイ基板２側、対向基板３側ともに等しいとした。これらの計算は外部ＬＳＩ１０の中で行う。これにより、熱電流等のバックグラウンド電流に影響され難い高精度な照度計算ができる。
【００５０】
以上のように、本実施形態の液晶表示装置１では、各光センサをアレイ基板２に一体に形成しているので、小型化や薄型化が可能であり、しかも正確な照度計算が可能である。したがって、バックライトを適正に調節して、あらゆる環境で視認性に優れ、しかも低消費電力な液晶表示装置を実現することができる。
【００５１】
なお、本発明が前記実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、前記外光照度計測用光センサ１２は、最低限１つ設置すればよいが、例えば受光面積の異なる複数の外光照度計測用光センサ１２を設置し、外光照度に応じてこれら外光照度計測用光センサ１２を切り換えて照度を計測することも可能である。
【００５２】
具体的には、例えば図１２に示すように、感度の異なる１６種類の光センサＰ１，Ｐ２・・・Ｐ１６を外光照度計測用光センサとして設ける。ここで、光センサＰ１は高感度な光センサ、光センサＰ１６は低感度なセンサとするとともに、その間の光センサＰ２〜Ｐ１５は徐々に感度を変化させる。このように感度の異なる複数の光センサを設けた場合、例えば図１３のように、光センサＰ１の出力は感度が高すぎるため正しく照度を求めることができず、一方、光センサＰ１６の出力は感度が低すぎるため正しく照度を求めることができないような場合においても、中間の例えば光センサＰ５の感度が適正であれば、その出力を用いて照度を求めることができる。
【００５３】
図１４及び図１５は、複数の光センサの出力を取り出すための具体的な例を示している。図１４はタイムシーケンスである。読取りを行うフレームを規定する信号ＺＳＴがハイレベルとなったフレームを起点として、以降合計１６フレームにわたって、１６種類の光センサの出力を順に出力する。図１５はアレイ基板上に設ける回路の例を示している。アレイ基板上には４ビットカウンタ７１とセンサ選択回路７２が設けられる。４ビットカウンタ７１にはＺＳＴが入力され、４ビットカウンタ７１にＺＳＴが入力されると、1フレームに1カウントのインクリメントがされるように構成する。４ビットカウンタ７１の１６通りの出力に基づいて１６種類のうちの光センサＰ１〜Ｐ１６のいずれかが選択される。そのフレームでは、選択された光センサの出力が外部に供給され照度計算に供される。外部では１６種類の光センサの出力を蓄積し、所定の演算をして適正な照度値を割り出す。ＺＳＴはＣＰＵで発行されドライバＩＣを介してアレイ基板上に供給される。カウンタは１６段のシフトレジスタ列でもよい。初段にＺＳＴを入力し、１フレーム期間毎に次の段にシフトパルスが送られ、各段のシフトパルスに基づいて１６種類の光センサのいずれかを選択しても良い。あるいはＺＳＴを要しない別の方法として、電源投入時に４ビットカウンタ７１をリセットし、以降ひたすらフレーム数をカウントして、４ビットカウンタ７１の状態に基づいて常に対応する種類の光センサの出力をするように前記センサ選択回路７２を構成しても良い。これによりＺＳＴを外部から供給しなくて済むという利点がある。
【００５４】
また、アレイ基板上に形成される外光計測用光センサ１２は、局所的にもばらつきを有する。この局所的なばらつきは照度計算を狂わせる原因となる。この対策を図１６乃至図１８に示す。図１６及び図１７に光センサの局所的なばらつきを平滑化するための構成例を示す。本例では、感度が同じＮ個の光センサＰ１〜ＰＮを同時にプリチャージし、同時に外光にさらす。アンプ５２にサンプリングする際に互いに短絡することにより、図１８に示すように光センサＰ１〜ＰＮの特性（出力Ｓ１〜ＳＮ）が局所的にばらついていても平均化され、これをアンプ５２で出力してＡ／Ｄ変換する等し、前述の照度を求める処理を行うことによって、より高精度に照度を求めることができる。
【００５５】
すなわち、アンプ５２にサンプリングする直前の各容量の電圧をＶ１，Ｖ２，・・・ＶＮとすると、スイッチＳ１，Ｓ２，・・・ＳＮを短絡した後のアンプ入力電圧Ｖｉｎは、数１で表され、これは結果的に平均値を演算したことになる。このような演算は、重み付けする等、種々考えられる。前記のように、アレイ基板上で計算した結果のみ出力するようにすると、Ｎ個の光センサの値を出力する場合に比べて出力ピン数を少なくできるというメリットを有する。
【数１】
2007114315.tif 000003
【００５６】
なお、前記対策は、バックグラウンド電流を求めるためのバックグラウンド電流計測用光センサ１３に対して行うことも有効である。
【００５７】
さらには、外光照度計測用光センサ１２に対応したブラックマトリクスＢＭの開口部１１にカラーフィルターを形成することも可能である。前記のように外光照度計測用光センサ１２をアレイ基板２に作り込み、この出力を用いてバックライトの明るさを調光する場合、問題になるのが、外光照度計測用光センサ１２の光の波長に対する感度と、人間の目の波長特性が必ずしも一致しないということである。このことは、例えば赤外あるいは紫外の領域が強い場合に、人間の目にとっては暗い環境でも、外光照度計測用光センサ１２の出力は明るいかのようになってしまうという問題がある。例えば、暗い室内で赤外線を発する暖房器具が有る場合に、その赤外線を感じて外光照度計測用光センサ１２の出力が大きく出てしまい、バックライトの明るさを必要以上に明るくしてしまうような誤動作が起きる。そこで、外光照度計測用光センサ１２の配置されている場所にカラーフィルタを形成することで、赤外あるいは紫外の光を減衰させ、人間の目に感ずる波長の光を選択的にフォトセンサに入るようにすることで、この問題を改善させることができる。
【００５８】
前記カラーフィルターを形成する場合、人間の目は、緑の波長に感度のピークがあるため、緑のカラーフィルタを形成するのが望ましい。また、青のカラーフィルタは、紫外を通しやすいが、一般に液晶表示素子に用いられる偏光板には紫外線のフィルタが入っているため、前記目的においては青のフィルタでも効果が得られる。また、ここでは赤緑青という加法混色の三原色のカラーフィルタを用いているが、減法混色のカラーフィルタの場合でも同様の効果が得られる。その場合、シアンの色が適する。
【００５９】
前記カラーフィルタを形成する場合、図１９に示すように、カラーフィルタ無しの光センサＰＴ、赤のカラーフィルタありの光センサＰＲ、緑のカラーフィルタありの光センサＰＧ、青のカラーフィルタありの光センサＰＢを所定の比率で設け、アンプ５２がサンプリングする前にこれらの光センサを互いに短絡することにより、ディスプレイの用途（晒され得る環境光）に適した補正を自在に設定することが可能である。変形例として、カラーフィルタ無しの光センサＰＴ、赤のカラーフィルタありの光センサＰＲ、緑のカラーフィルタありの光センサＰＧ、青のカラーフィルタありの光センサＰＢを均等な割合で設けておき、取りあえずそれらのセンサ出力を全てＣＰＵに引き渡し、そこで重み付けをしながら平均化処理をしても良い。なお、前記カラーフィルターは、表示領域のカラーフィルターと同時に形成することが可能である。
【００６０】
図２０及び図２１は、特に表示装置（例えば液晶セル）の狭額縁化と高精度な調光を両立するのに適したシステム構成を示すものである。本例の場合、Ａ／Ｄ変換回路５３をＬＳＩ１０に組み込み、さらに制御信号発生回路５４は外部に設けたＣＰＵ８１に組み込むようにしている。また、制御信号発生回路５４の出力がバックライトコントローラ８２に入力され、バックライト９の光量を制御するように構成されている。画像表示に際しては、画像データ９１がＣＰＵ８１からＬＳＩ１０のＡ／Ｄ変換回路９２へ送られ、さらにアレイ基板２上のアンプ９３を介して画素９４のスイッチング素子（薄膜トランジスタ）を駆動する。
【００６１】
本例の場合、Ａ／Ｄ変換回路５３はアレイ基板２上には形成しない。アレイ基板２上の回路は、シリコンウェハ上に形成される回路に比べてトランジスタの特性が劣るため、誤差が大きくなるからである。アレイ基板２上のアンプ５２の出力をソースドライバ（ＬＳＩ１０）内に設けられたＡ／Ｄ変換回路５３でデジタル化する方が、アレイ基板２上でデジタル化する場合より精度の点で有利となる。ソースドライバでは複雑な照度計算をしない方が良い。ソースドライバで複雑な計算をためには、ソースドライバにある程度ロジック回路を形成しなければならず、結果的にソースドライバの面積が大きくなり、液晶表示セルの下辺額縁面積が増大してしまう。ＣＰＵ８１はシステム内で最も微細なプロセスが用いられるため、複雑な照度計算をさせてもセット外形への影響が小さい。なお、ＣＰＵ８１は温度センサを有してもよい（補正に利用することができる）。
【００６２】
以上、液晶表示装置を例として説明したが、本発明は有機ＥＬディスプレイ等の発光型の表示装置でも有効である。外光の照度を検出して有機ＥＬ素子の発光輝度を制御することは、暗所での低消費電力化や、明所での視認性改善に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明を適用した液晶表示装置の一例を模式的に示す概略断面図である。
【図２】本発明を適用した液晶表示装置の一例を模式的に示す概略平面図である。
【図３】光センサの設置部分を拡大して示す概略断面図であり、（ａ）は外光照度計測用光センサの設置状態を示し、（ｂ）はバックグラウンド電流計測用光センサの設置状態を示す。
【図４】（ａ）はｎ−チャンネル薄膜トランジスタの概略断面図、（ｂ）はｐ−チャンネル薄膜トランジスタの概略断面図、（ｃ）はＰＩＮダイオード（光センサ）の概略断面図である。
【図５】光センサの設置部分を拡大して示す概略断面図であり、（ａ）はバックライト照度計測用光センサの設置状態を示し、（ｂ）は全照度計測用光センサの設置状態を示す。
【図６】センサ回路の一例を示す回路図である。
【図７】光センサの回路図である。
【図８】光センサにおいて、キャパシタ素子の電圧（アンプ出力）が経時的に変化する様子を示す図である。
【図９】Ａ／Ｄ変換回路の一例を示す回路図であり、（ａ）はＶｓ＞Ｖｔｐである場合、（ｂ）はＶｓ＜Ｖｔｐである場合を示す。
【図１０】各光センサの出力を示す図である。
【図１１】各センサの出力から外光照度を求める方法を説明するための図である。
【図１２】感度の異なる複数の光センサを設けた場合のセンサ回路の一例を示す回路図である。
【図１３】感度の異なる複数の光センサを設けた場合の各光センサにおけるアンプ出力の経時変化の様子を示す図である。
【図１４】複数の光センサの出力を取り出す場合のタイムシーケンスの一例を示す図である。
【図１５】複数の光センサの出力を取り出す場合のアレイ基板上に設けられる回路の一例を示す図である。
【図１６】光センサの局所的なばらつきを平滑化するための構成例を示す図である。
【図１７】光センサの局所的なばらつきを平滑化するための構成における各光センサの回路図である。
【図１８】光センサの局所的なばらつきが平滑化される様子を示す図である。
【図１９】種々のカラーフィルタを設けた複数の光センサを有するセンサ回路の一例を示す回路図である。
【図２０】狭額縁化と高精度な調光を両立するのに適した表示装置の概略構成を示す平面図である。
【図２１】狭額縁化と高精度な調光を両立するのに適したシステム構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  液晶表示装置、２  アレイ基板、３  対向基板、４  液晶層、１１  開口部、１２  外光照度計測用光センサ（第１の光センサ）、１３  バックグラウンド電流計測用光センサ（第２の光センサ）、１４，１５  遮光層、４１  バックライト照度計測用光センサ（第３の光センサ）、４２  全照度計測用光センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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